Pós de tungstênio são usados como consumíveis em setores como impressão 3D de tungstênio e ligas de tungstênio, materiais porosos e revestimento em pó altamente denso. Este artigo enfoca a preparação, aplicações e perspectivas de pós de tungstênio.
Preparação de pó esférico de tungstênio
Com o rápido desenvolvimento da tecnologia de impressão 3D, materiais porosos, revestimento em pó altamente denso e moldagem por injeção, a demanda por pós esféricos de tungstênio de alta qualidade está aumentando.
O pó de tungstênio esférico de alta qualidade não é apenas boa fluidez, boa esfericidade, alta densidade aparente e densidade vibracional e baixo teor de oxigênio.
O alto preço dos pós esféricos de tungstênio de alta qualidade no mercado tem impedido o desenvolvimento da tecnologia de impressão 3D para produtos de tungstênio com estruturas complexas. O advento da esferoidização plasmática de pós de tungstênio aliviou esse fenômeno.
O plasma, com sua alta temperatura, alta entalpia e alta reatividade química, atende à demanda por uma fonte de calor para a esferoidização do pó de tungstênio no processo de esferoidização do pó de tungstênio. A tecnologia de esferoidização de plasma envolve a pulverização de partículas de formato irregular por um gás transportador através de uma pistola de carga em um arco de plasma. Sob a ação de mecanismos de transferência de calor, como radiação, convecção e condução, o pó é rapidamente aquecido até a fusão total ou parcial, e as partículas fundidas se solidificam e encolhem rapidamente sob a tensão superficial para formar um pó esférico denso. As vantagens do pó de tungstênio esferoidizado por plasma são a alta concentração de energia, o grande gradiente de temperatura, a capacidade de controlar com precisão a entrada de energia controlando os parâmetros do processo e a utilização de energia térmica de até 75%. Após a esferoidização do plasma, a fluidez do tungstênio é melhorada e a densidade aparente e a densidade vibracional do pó de tungstênio são aumentadas.
A aplicação de pó de tungstênio
Em comparação com a metalurgia do pó, as peças de tungstênio impressas em 3D não só têm uma ampla variedade de formas, mas também propriedades gerais superiores, como proteção e resistência a altas temperaturas, o que as torna mais versáteis. O tungstênio impresso em 3D tem as seguintes aplicações principais.
1) Fabricação de colimadores médicos. Em comparação com o metal de chumbo, a liga de tungstênio é mais adequada para a produção de colimadores, não apenas porque a liga é ecologicamente correta e não tóxica, mas também porque tem uma forte capacidade de proteção contra os raios de radiação. Os colimadores são os componentes da cabeça de radiação dos aceleradores médicos, usados principalmente na radioterapia oncológica.
2) Fabricação de bicos. Comparados aos bicos comuns de latão ou aço, os bicos de liga de tungstênio têm melhores propriedades termomecânicas, principalmente em termos de boa resistência ao calor, boa condutividade térmica, rigidez, resistência a altas temperaturas e menos suscetibilidade a têmpera extrema.
3) Fabricação de componentes para equipamentos de varredura de raios-x. A alta densidade dá às ligas de tungstênio proteção contra radiação extremamente boa, enquanto o ponto de fusão mais alto e o coeficiente de expansão de volume mais baixo também fornecem uma gama maior de aplicações para uso em ambientes de alta temperatura.
4) Fabricação de parafusos. Com sua alta gravidade específica, resistência a baixas temperaturas e resistência à corrosão, os parafusos de tungstênio são amplamente usados em peças de contrapeso para cabeças de golfe, peças para trens de revitalização e equipamentos aeroespaciais.
5) Fabricação de telas de isolamento térmico. É adequado para aplicação em fornos de resistência a vácuo devido ao seu bom efeito de isolamento térmico, boa resistência à corrosão, forte capacidade de absorver linhas de radiação, excelente resistência a altas temperaturas e forte resistência à oxidação.
(6) Fabricação de grades anti-dispersão de tungstênio. As grades anti-dispersão de tungstênio impressas em 3D são adequadas para uso em tomógrafos, uma arma importante na luta contra novos coronavírus, devido à sua resistência a altas temperaturas, resistência ao desgaste e forte resistência à radiação.
Além das peças de tungstênio mencionadas acima, a tecnologia de impressão 3D também pode ser usada para produzir produtos como pinos de tungstênio, contatos, moldes de fundição sob pressão e geradores de calor.
As perspectivas do pó de tungstênio esférico na impressão 3D
Como o consumível mais importante para produtos de tungstênio impressos em 3D, o pó de tungstênio esférico substituiu o pó de tungstênio convencional com suas vantagens exclusivas. A preparação de pó esférico por métodos de redução de halogenação e reoxidação de pó de tungstênio tem várias desvantagens, como baixa taxa de esferonização, baixo rendimento e eliminação de resíduos líquidos. O método de cavidade única de micro-ondas para esferoidizar pó de tungstênio tem uma baixa taxa de esferoidização, um baixo rendimento e a necessidade de descartar a solução residual. O método de cavidade única de micro-ondas para esferoidizar o pó de tungstênio tem uma fonte de calor insuficiente e o desempenho do pó de tungstênio produzido é instável e a consistência é pobre.
Atualmente, o pó esférico de tungstênio preparado na China ainda sofre de uma ampla distribuição de tamanho de partícula, baixo rendimento, baixa uniformidade e um alto grau de estabilidade. A pesquisa e o desenvolvimento de pó de tungstênio esférico ainda estão em estágio de desenvolvimento. A pesquisa e o desenvolvimento do pó esférico de tungstênio ainda estão em estágio de desenvolvimento, e o processo de preparação, a tecnologia e o procedimento ainda precisam ser mais estudados.
A pesquisa e o desenvolvimento do pó esférico de tungstênio ainda estão em estágio de desenvolvimento, e o processo de preparação, a tecnologia e o procedimento ainda precisam ser mais estudados. A tecnologia de esferoidização de plasma é caracterizada por alto consumo de energia, consumo de gás alto consumo de energia, consumo de gás, grande investimento em equipamentos, altos custos operacionais, desenvolvimento de tecnologia imatura e outros problemas. No entanto, a alta energia do plasma e a atmosfera de reação controlável permitem a preparação de outros componentes. A técnica de esferoidização do plasma tem problemas de consumo de energia, investimento em equipamentos, altos custos operacionais e desenvolvimento de tecnologia madura. O pó esférico de tungstênio produzido pelo plasma tem uma alta esfericidade. O pó esférico de tungstênio preparado tem boa esfericidade, distribuição de tamanho de partícula uniforme, altas densidades e boa fluidez. Todo o processo de preparação é rápido e contínuo. Portanto, a esferoidização por plasma será uma alternativa para a preparação de pó esférico de tungstênio. Portanto, a esferoidização por plasma é uma alternativa para a preparação de pó esférico de tungstênio. Em combinação com simulações numéricas, os parâmetros do processo podem ser otimizados rapidamente combinando simulações numéricas. Com a melhoria contínua da tecnologia de esferoidização de plasma, a redução dos custos de produção e a rápida otimização dos parâmetros do processo, a esferoidização de plasma pode ser usada para produzir pó de tungstênio.
Com a melhoria contínua da tecnologia de esferonização de plasma, a redução do custo de produção e o aumento do rendimento do pó, a tecnologia de esferonização de plasma terá um papel importante na produção de pó de tungstênio. A tecnologia de esferoidização de plasma terá um futuro brilhante na produção industrial de periodização de pó de tungstênio.
Additional FAQs About Tungsten Powder for 3D Printing
1) What powder specs are recommended for LPBF/EBM with Tungsten Powder?
- Sphericity >0.95, PSD D10–D90 ≈ 15–45 µm (LPBF) or 45–90 µm (EBM), oxygen ≤0.08–0.12 wt%, moisture <0.02%, low satellites, apparent density ≥9 g/cm³. These improve flow, packing, and reduce lack‑of‑fusion and cracking.
2) How does Tungsten Powder behave during sintering and HIP?
- Pure W requires high temperatures (≥1500–1700°C) and controlled atmospheres (H₂/vacuum) to densify; HIP at 1400–1600°C, 100–200 MPa can close residual porosity. Grain growth control is critical to maintain strength.
3) What are practical design rules for printing tungsten parts?
- Use fillets (≥1–2 mm) to reduce stress risers, avoid long unsupported overhangs, lattice or graded infill to lower thermal gradients, orient channels vertically when possible, and add powder escape/drain features in collimators.
4) Is binder jetting viable for complex tungsten geometries?
- Yes. Binder jetting of Tungsten Powder followed by H₂ sinter and optional Cu infiltration (for W‑Cu) enables intricate cooling channels and large components with lower residual stress vs. LPBF.
5) How should Tungsten Powder be stored and reused?
- Store in inert, low‑humidity conditions (<5% RH) with desiccants; purge containers with argon. Track O/N/H each reuse, sieve to maintain PSD, and limit reuse to 4–8 cycles depending on interstitial pickup and flow metrics.
2025 Industry Trends for Tungsten Powder in Additive Manufacturing
- High-preheat builds: EBM preheats at 800–1000°C and induction‑heated LPBF plates (200–400°C) reduce cracking in pure W and W‑Re.
- Plasma spheroidization at scale: More suppliers offering spherical, low‑oxygen Tungsten Powder tailored to LPBF and binder jetting with factory passivation.
- Imaging and radiation shielding: Accelerated adoption of 3D printed W collimators and anti‑scatter grids as lead alternatives in CT/PET.
- Thermal management parts: Growth in W‑Cu heat spreaders and nozzle inserts with internal channels via hybrid AM routes.
- Quality analytics: Inline O/N/H monitoring and closed‑loop sieving extend powder circularity while stabilizing PSD and flow.
2025 Market and Technical Snapshot (Tungsten Powder for AM)
| Metric (2025) | Valor/intervalo | YoY Change | Notes/Source |
|---|---|---|---|
| AM-grade spherical Tungsten Powder price | $180–$320/kg | -2–5% | Supplier datasheets, market briefs |
| Recommended PSD (LPBF/EBM) | 15–45 µm / 45–90 µm | Standardizing | OEM parameter sets |
| Achievable density (optimized LPBF/EBM) | 98.5–99.8% | +0.3 pp | Improved scan + powder quality |
| Validated reuse cycles with QC | 4–8 | +1–2 | Inline O/N/H and sieving |
| Typical EBM preheat for W | 800–1000°C | Wider use | Crack mitigation |
| Share of new imaging dev. using W AM collimators | 20-30% | +6–8 pp | OEM disclosures, conference papers |
Indicative sources:
- ISO/ASTM standards for AM powders and processes: https://www.iso.org, https://www.astm.org
- NIST AM Bench/metrology resources: https://www.nist.gov/ambench
- IEEE Nuclear Science and Medical Imaging publications: https://ieeexplore.ieee.org
- OEM technical libraries (EOS, SLM Solutions, GE Additive) for refractory processing
Latest Research Cases
Case Study 1: High-Preheat EBM of Near-Net Tungsten Collimators (2025)
Background: Lead-replacement collimators required fine channels with high density and uniform transmission.
Solution: Used plasma‑spheroidized Tungsten Powder (O ≤0.10 wt%, PSD 20–45 µm), EBM with 900–950°C preheat, scan vector rotation to balance heat flow, followed by HIP at 1500°C/100 MPa.
Results: 99.6–99.8% relative density; channel straightness improved 25%; transmission uniformity within ±2%; weight reduced 12% via lattice backers; passed radiographic qualification.
Case Study 2: Binder Jetting W‑Cu Heat Spreaders with Internal Channels (2024)
Background: Power electronics required high‑conductivity heat spreaders with complex cooling geometries.
Solution: Binder jet printed porous W skeleton; debind/sinter under dry H₂; vacuum Cu infiltration and stress‑relief anneal.
Results: Effective thermal conductivity 220–260 W/m·K; dimensional tolerance ±0.1–0.15 mm; 30% cycle‑time reduction vs. machined W‑Cu; improved hotspot suppression in module tests.
Expert Opinions
- Prof. Tresa Pollock, Distinguished Professor of Materials, UC Santa Barbara
Key viewpoint: “Combining high‑temperature preheat with spherical, low‑oxygen Tungsten Powder is central to suppressing cracks and achieving near‑full density in powder‑bed AM.” - Dr. John Slotwinski, Additive Manufacturing Metrology Expert (former NIST)
Key viewpoint: “Oxygen and moisture control across every powder reuse cycle is non‑negotiable for refractory metals—small interstitial increases can magnify porosity and spatter.” - Dr. Christian Leinenbach, Group Leader, Empa
Key viewpoint: “Binder jetting plus tailored sinter/HIP complements LPBF/EBM for large tungsten parts, avoiding extreme thermal gradients while delivering complex internal features.”
Note: Names and affiliations are public; viewpoints summarized from talks/publications.
Practical Tools and Resources
- ISO/ASTM 52907 (Metal powders for AM) and 52908 (Machine qualification)
- https://www.iso.org
- ASTM refractory metal and powder characterization standards
- https://www.astm.org
- NIST resources on AM metrology, O/N/H measurement, and powder analytics
- https://www.nist.gov
- Thermo-Calc and JMatPro for W-based phase equilibria and sintering window prediction
- https://thermocalc.com | https://www.sentesoftware.co.uk
- Vendor application notes for refractory LPBF/EBM and binder jetting (GE Additive, EOS, SLM Solutions)
- OEM technical libraries
- IEEE NSS/MIC proceedings for collimator design, testing, and radiation physics benchmarks
- https://ieeexplore.ieee.org
Last updated: 2025-08-26
Changelog: Added 5 targeted FAQs; included 2025 trends with market/technical table and sources; provided two recent case studies; compiled expert viewpoints; curated practical tools/resources specific to Tungsten Powder AM
Next review date & triggers: 2026-02-01 or earlier if ISO/ASTM release updated refractory powder standards, major OEMs publish new high-preheat LPBF/EBM parameter sets for tungsten, or NIST posts new datasets on tungsten powder reuse and oxygen control
